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氯化鋅

化合物

氯化鋅是氯和鋅的化合物，化學式為ZnCl2。它是無色或白色固體，有極強的水溶性和吸濕性，甚至會潮解，應在乾燥處密封儲存，避免與空氣中的水蒸氣接觸。

氯化鋅
IUPAC名
Zinc chloride
別名 氯化鋅(II)、二氯化鋅
識別
CAS號 7646-85-7（無水）  checkY
21351-92-8（一水）  checkY
19417-15-3（二水）  checkY
74182-35-7（三水）  checkY
29426-92-4（四水）  checkY
PubChem 3007855
ChemSpider 5525
SMILES
 
  • Cl[Zn]Cl
InChI
 
  • 1/2ClH.Zn/h2*1H;/q;;+2/p-2
InChIKey JIAARYAFYJHUJI-NUQVWONBAB
UN編號 2331
EINECS 231-592-0
ChEBI 49976
RTECS ZH1400000
性質
化學式 ZnCl2
莫耳質量 136.315 g·mol⁻¹
外觀 白色晶體
密度 2.907 g/cm³
熔點 290 °C（563 K）（[1]）
沸點 732 °C（1005 K）（[1]）
溶解性（水） 432 g/100 mL (25 °C)
結構
晶體結構 有四種已知的結構，六方密堆積是無水狀態下唯一穩定的結構
配位幾何 四面體，氣態時為直線型
危險性
歐盟危險性符號
刺激性刺激性 Xi
腐蝕性腐蝕性 C
警示術語 R：R34-R50-R53
安全術語 S：S7/8-S28-S45-S60-S61
MSDS 英文MSDS
NFPA 704
0
3
0
 
致死量或濃度：
LD50（中位劑量）
 350 mg/kg, 大鼠 (口服)
相關物質
其他陰離子 氟化鋅、溴化鋅、碘化鋅
其他陽離子 氯化銅、氯化鎘
若非註明，所有數據均出自標準狀態（25 ℃，100 kPa）下。

在紡織加工、焊接、化學合成等方面，氯化鋅有著廣泛應用。

結構和物性

氯化鋅是一種離子化合物，有多晶型性，目前已發現四種晶體結構。但純氯化鋅只能形成δ型（六方密堆積），即在晶體中，每個鋅離子被4個氯離子成正四面體狀包圍。[2] 將它熔融後再冷卻可以得到玻璃狀的物質。

氯化鋅還顯示出共價化合物的特性，如熔點低(275 °C)、易溶於乙醚等溶劑形成形如ZnCl2L2（其中L代表溶劑分子）的加合物。氯化鋅的濃水溶液（質量分數高於64%）有能夠溶解澱粉、絲和纖維素的特殊性質，所以不能使用普通的濾紙來進行過濾。它屬於路易斯酸，強度中等，稀水溶液的pH值在4左右，6 mol/L的濃水溶液pH=1。[3] 當含水的氯化鋅被加熱時，會水解成氯氧化物。

氯化鋅已知4種結晶水合物，以及至少一種鹼式鹽如ZnOHCl。[2] 從氯化鋅水溶液中可以析出它的結晶水合物ZnCl2(H2O)n，以n=4為最主要的成分，其他的形態n值分別為1、1.5、2.5、3。[3] 水合的氯化鋅加熱後可得到ZnOHCl。

在水溶液中，無水、水合等各種晶體形態的氯化鋅均完全解離出Zn2+，以便製備其他鋅鹽。比如製備碳酸鋅：

ZnCl2(aq) + Na2CO3(aq) → ZnCO3(s) + 2 NaCl(aq)

由於各種氯化鋅及其他鹵化鋅、硫酸鋅在水中一樣能完全解離，因而這些物質在製備其他鋅鹽中與ZnCl2是等效的。

製備與提純

無水氯化鋅能夠通過鋅和氯化氫反應來製造。

Zn + 2 HCl(g) → ZnCl2(s) + H2↑(g)

水合的氯化鋅也能通過濃鹽酸與鋅反應得到，又可以使用氧化鋅或硫化鋅。

ZnS(s) + 2 HCl(aq) → ZnCl2(aq) + H2S↑(l)

平時所能購買到的氯化鋅通常含有水和主要的水解產物。一般通過以下步驟來提純：將100g的氯化鋅加入800mL的二惡烷中加熱，進行分餾。趁熱進行過濾，除去鋅粉，冷卻後氯化鋅變為白色沉澱。而無水的氯化鋅則可以先在氯化氫氣流中加熱升華，然後在乾燥的氮氣流中加熱到400°C。也可以將樣品通過二氯亞碸處理。[4]

用途

紡織加工方面

由於氯化鋅與絲綢、纖維素等材料的親和性，它可用作衣料的防火物質，也可用在織物氣味潔淨劑中。

焊接方面

氯化鋅可以攻擊金屬氧化物（MO）生成MZnOCl2，這就是它作為金屬焊劑的原理。ZnCl2溶解掉金屬表面的緻密氧化層，使金屬裸露出來。[3] 將鋅箔片溶解在稀鹽酸中，直至不再產生氫氣，即得此種焊劑，因此它得名焊酸。由於其腐蝕性，如果工作後的殘餘物不能清理乾淨，就不能用焊酸作為焊劑，如焊電子元件時。

利用這一原理，ZnCl2還可以用於製造牙充填所用的氧化鎂水泥，某些品牌的漱口水也用它作活性成分。

化學合成方面

在化學合成中，氯化鋅作為一種中強路易斯酸，用途廣泛。它可以做費舍爾吲哚環合反應(A)的催化劑，[5] 也可以催化活化芳香環上的傅-克醯基化反應(B)。[6][7]

 

製備染料螢光黃的經典方法，就是用氯化鋅催化的傅-克醯基化反應，原料是鄰苯二甲酸酐和雷索辛。[8] 其中無水和水合的氯化鋅皆能催化。

 

ZnCl2和鹽酸組成的試劑叫盧卡斯試劑(Lucas reagent)，用於伯醇和仲醇醇羥基的氯代，反應溫度130 °C。試劑中ZnCl2的加入提高了氯化氫的反應效率。對伯醇的反應一般通過SN2機理，而對仲醇則是SN1。

 

ZnCl2可以活化一些鹵原子的取代。如烯烴等弱親核試劑對苯甲基鹵、烯丙基鹵上的取代（見下圖）[9]、NaBH3CN對苯甲基鹵、烯丙基鹵、叔鹵原子的選擇性還原。

 

ZnCl2是合成許多有機鋅試劑的起始物。這些有機鋅試劑，一般通過有機鋰試劑或格林尼亞試劑的金屬交換反應製備，用於偶聯等反應，如與芳基鹵、乙烯基鹵進行的根岸偶聯。[10]

 

ZnCl2與鹼金屬烯醇鹽生成的鋅烯醇鹽可以在羥醛縮合時控制手性。如下圖[11]，由於鋅的存在，形成了螯合環，體積較大的苯環傾向於占據「平伏」的位置，即「反式」構型，產物中「反式」（threo）與「順式」（erythro）比例為5:1。相比之下，反應機理中沒有螯合環時，「順式」「反式」產物的比例為1:1。

 

安全事項

有腐蝕性和刺激性。操作時戴好防護眼鏡、手套，注意避免與無水氯化鋅接觸，這一類無水金屬鹵化物水解時都會放熱。細節參見表中MSDS連結。

參考

  1. ^ 1.0 1.1 O'Neil, M. J.; et al. The Merck index : an encyclopedia of chemicals, drugs, and biologicals . N. J.: Whitehouse Station. 2001. ISBN 978-0911910131. 
  2. ^ 2.0 2.1 Wells, A.F. (1984) Structural Inorganic Chemistry, Oxford: Clarendon Press. ISBN 0-19-855370-6.
  3. ^ 3.0 3.1 3.2 Holleman, A. F.; Wiberg, E. "Inorganic Chemistry" Academic Press: San Diego, 2001. ISBN 0-12-352651-5.
  4. ^ Pray, A. P. 「Anhydrous Metal Chlorides」 "Inorganic Syntheses," vol. XXVIII, 321-2, 1990ISBN 0-471-52619-3. Describes the formation of anhydrous LiCl, CuCl2, ZnCl2, CdCl2, ThCl4, CrCl3, FeCl3, CoCl2, and NiCl2 from the corresponding hydrates.
  5. ^ R. L. Shriner, W. C. Ashley, E. Welch, in Organic Syntheses Collective Volume 3, p 725, Wiley, New York, 1955.
  6. ^ S. R. Cooper, in Organic Syntheses Collective Volume 3, p 761, Wiley, New York, 1955.
  7. ^ S. Y. Dike, J. R. Merchant, N. Y. Sapre, Tetrahedron, 47, 4775 (1991)
  8. ^ B. S. Furnell et al., Vogel's Textbook of Practical Organic Chemistry, 5th edition, Longman/Wiley, New York, 1989.
  9. ^ E. Bauml, K. Tschemschlok, R. Pock, H. Mayr, Tetrahedron Letters, 29, 6925 (1988)
  10. ^ S. Kim, Y. J. Kim, K. H. Ahn, Tetrahedron Letters, 24, 3369 (1983).
  11. ^ H. O. House, D. S. Crumrine, A. Y. Teranishi, H. D. Olmstead, Journal of the American Chemical Society, 95, 3310 (1973)
  • N. N. Greenwood, A. Earnshaw, Chemistry of the Elements, 2nd ed., Butterworth-Heinemann, Oxford, UK, 1997.
  • Handbook of Chemistry and Physics, 71st edition, CRC Press, Ann Arbor, Michigan, 1990.
  • The Merck Index, 7th edition, Merck & Co, Rahway, New Jersey, USA, 1960.
  • D. Nicholls, Complexes and First-Row Transition Elements, Macmillan Press, London, 1973.
  • A. F. Wells, 'Structural Inorganic Chemistry, 5th ed., Oxford University Press, Oxford, UK, 1984.
  • J. March, Advanced Organic Chemistry, 4th ed., p. 723, Wiley, New York, 1992.
  • G. J. McGarvey, in Handbook of Reagents for Organic Synthesis, Volume 1: Reagents, Auxiliaries and Catalysts for C-C Bond Formation, (R. M. Coates, S. E. Denmark, eds.), pp. 220–3, Wiley, New York, 1999.

外部連結

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